專利名稱：用于多狀態反射式調制器顯示器的混合色彩合成的制作方法
技術領域：
本發明的領域涉及微機電系統(MEMS)，且更特定來說，涉及包含MEMS的顯示器。
背景技術：
微機電系統(MEMS)包括微機械元件、激活器和電子器件。可使用沉積、蝕刻和/或蝕刻掉襯底和/或所沉積的材料層的部分或添加層而形成電氣和機電裝置的其它微機械加工工藝來制造微機械元件。一種類型的MEMS裝置被稱為干涉式調制器。如本文中所使用，術語干涉式調制器或干涉式光調制器是指一種使用光學干涉的原理來選擇性地吸收和/或反射光的裝置。在某些實施例中，干涉式調制器可包含一對導電板，其一者或兩者可在整體或部分上為透明和/或反射的，且能夠在施加適當電信號的情況下進行相對運動。在一特定實施例中，一個板可包含沉積于襯底上的靜止層，且另一板可包含通過氣隙而與所述靜止層分離的金屬膜。如本文中較詳細地描述，一個板相對于另一板的位置可改變入射于所述干涉式調制器上的光的光學干涉。此些裝置具有廣泛的應用，且在此項技術中利用和/或修改這些類型的裝置的特征以使得其特征可用以改進現有產品并制造尚未開發的新產品將是有益的。

發明內容
在某些實施例中，一種顯示器裝置包含多個光學調制器和位于所述多個光學調制器的反射側上的多個濾光片元件。所述多個光學調制器包含第一組光學調制器和第二組光學調制器。所述多個光學調制器中的每一光學調制器經配置以在至少第一狀態、第二狀態和第三狀態之間選擇性地進行切換。每一狀態具有不同光譜反射率。所述多個濾光片元件包含對應于第一組光學調制器的第一組濾光片元件和對應于第二組光學調制器的第二組濾光片元件。第一組濾光片元件具有與第二組濾光片元件不同的光譜透射率。在某些實施例中，一種顯示器裝置包含第一調制裝置，其用于在至少第一色彩、第二色彩和第三色彩之間以光學方式調制光；第二調制裝置，其用于在第一色彩、第二色彩和第三色彩之間以光學方式調制光；第一過濾裝置，其用于對由第一調制裝置調制的光進行過濾；以及第二過濾裝置，其用于對由第二調制裝置調制的光進行過濾。第一過濾裝置具有與第二過濾裝置不同的光譜透射率。在某些實施例中，一種產生圖像的方法包含提供顯示器裝置，所述顯示器裝置包含多個光學調制器和位于所述多個光學調制器的反射側上的濾光片。所述多個光學調制器包含第一組光學調制器和第二組光學調制器。所述多個光學調制器中的每一光學調制器經配置以在至少第一狀態、第二狀態和第三狀態之間選擇性地進行切換。每一狀態具有不同光譜反射率。所述濾光片包含對應于第一組光學調制器的第一組濾光片元件和對應于第二組光學調制器的第二組濾光片元件。第一組濾光片元件具有與第二組濾光片元件不同的光譜透射率。所述方法進一步包含將光從光源引導到顯示器裝置上，且使所述多個光學調制器在所述狀態之間選擇性地進行切換。在某些實施例中，一種制造顯示器裝置的方法包含形成多個光學調制器和在所述多個光學調制器的反射側上形成多個濾光片元件。所述多個光學調制器包含第一組光學調制器和第二組光學調制器。所述多個光學調制器中的每一光學調制器經配置以在至少第一狀態、第二狀態和第三狀態之間選擇性地進行切換。每一狀態具有不同光譜反射率。所述多個濾光片元件包含對應于第一組光學調制器的第一組濾光片元件和對應于第二組光學調制器的第二組濾光片元件。第一組濾光片元件具有與第二組濾光片元件不同的光譜透射率。


圖I為描繪干涉式調制器顯示器的一個實施例的一部分的等角視圖，其中第一干涉式調制器的可移動反射層處于松弛位置，且第二干涉式調制器的可移動反射層處于激活位置。圖2為說明并入有3X3干涉式調制器顯示器的電子裝置的一個實施例的系統框圖。圖3為圖I的干涉式調制器的一個示范性實施例的可移動鏡面位置對所施加電壓的圖。圖4為可用于驅動干涉式調制器顯示器的一組行和列電壓的說明。圖5A說明在圖2的3X3干涉式調制器顯示器中的顯示數據的一個示范性幀。圖5B說明可用于寫入圖5A的巾貞的行和列信號的一個不范性時序圖。圖6A和圖6B為說明包含多個干涉式調制器的視覺顯示器裝置的實施例的系統框圖。圖7A為圖I的設備的橫截面。圖7B為干涉式調制器的替代實施例的橫截面。圖7C為干涉式調制器的另一替代實施例的橫截面。圖7D為干涉式調制器的又一替代實施例的橫截面。
圖7E為干涉式調制器的額外替代實施例的橫截面。圖8A到圖SC展示實例多狀態干涉式調制器的示意性側視橫截面圖。圖9為包含多個干涉式調制器和多個濾光片元件的一個實例的顯示器的一個實施例的分解透視圖。圖10說明多狀態干涉式調制器的反射光譜的實例。圖11為繪制實例濾光片元件的光譜透射率對波長的曲線圖。圖12A到圖12D說明多個濾光片元件的其它實例。圖13A到圖13D為包含處于各種狀態的多個干涉式調制器和多個濾光片元件的顯示器的實施例的分解透視圖。
圖14A到圖14D為包含處于各種狀態的多個干涉式調制器和多個濾光片元件的顯示器的另一實施例的分解透視圖。圖15A到圖15G為處于各種狀態的一對干涉式調制器和一對對應濾光片元件的實施例的分解透視圖。圖16A到圖16F為處于各種狀態的一對干涉式調制器和一對對應濾光片元件的另一實施例的分解透視圖。圖17為包含多個干涉式調制器和多個濾光片元件的投影顯示器的示意圖。
具體實施例方式以下詳細描述是針對本發明的某些特定實施例。然而，本發明可以多種不同方式來實施。在此描述中，參考了多個圖式，其中在所有圖式中用相同數字來表示相同部分。如將從以下描述明白，所述實施例可實施于經配置以顯示圖像的任何裝置中，無論是運動圖 像(例如，視頻)還是靜止圖像(例如，靜態圖像)且無論是文本圖像還是圖形圖像。更特定來說，預期所述實施例可實施于多種電子裝置中或與其相關聯，所述電子裝置例如為(但不限于)移動電話、無線裝置、個人數字助理(PDA)、手持式或便攜式計算機、GPS接收器/導航器、相機、MP3播放器、攝像機、游戲控制臺、腕表、鐘表、計算器、電視監視器、平板顯示器、計算機監視器、自動顯示器(例如，里程表顯示器等)、駕駛艙控制器和/或顯示器、相機視圖顯示器(例如，車輛中的后視相機的顯示器)、電子照片、電子廣告牌或標志、投影儀、建筑結構、封裝和美學結構(例如，一件珠寶上的圖像的顯示器)。與本文中所描述的MEMS裝置結構相似的MEMS裝置還可用于非顯示器應用中，例如電子開關裝置。提供可通過采用混合空間-時間色彩合成使用兩個光學調制器從三原色呈現彩色圖像的設備。每一光學調制器可產生三個光譜反射率，且與用以產生一個或兩個原色的濾光片元件配對。彩色像素可通過包含光學調制器和與光學調制器配對而產生一個原色的濾光片元件以及產生兩個其它原色的濾光片元件而產生三原色。此方法將像素內的光學調制器(或“子像素”)的數目從三個減少到兩個，其可在維持與常規RGB顯示器相同數目的列驅動器的同時增加分辨率并減少固定圖案噪聲。或者，可在維持與常規RGB顯示器相同的分辨率的同時減少列驅動器的數目。在一些實施例中，光學調制器和其對應濾光片元件的大小可經優化以慮及不同原色的亮度。在光學調制器包含干涉式調制器而非窄帶發光體的實施例中，有利地消除了消隱場(blanking field)，其可增加帶寬。包含此些調制器和濾光片的投影裝置可有利地消除色輪(color wheel)，這是因為光學調制器可執行色彩分離。還提供使用此些設備來產生圖像的方法。在圖I中說明包含干涉式MEMS顯示元件的一個干涉式調制器顯示器實施例。在這些裝置中，像素處于亮或暗狀態。在亮(“接通”或“打開”)狀態下，顯示元件將大部分入射可見光反射到用戶。當在暗(“斷開”或“關閉”)狀態下時，顯示元件將極少的入射可見光反射到用戶。視實施例而定，“接通”和“斷開”狀態下的光反射特性可顛倒。MEMS像素可經配置以主要在選定的色彩處反射，從而除黑色和白色外還允許彩色顯示。圖I為描繪視覺顯示器的一系列像素中的兩個鄰近像素的等角視圖，其中每一像素均包含一 MEMS干涉式調制器。在一些實施例中，干涉式調制器顯示器包含這些干涉式調制器的行/列陣列。每一干涉式調制器包括以距彼此可變和可控的距離而定位、以形成具有至少一可變尺寸的諧振光學間隙的一對反射層。在一個實施例中，可在兩個位置之間移動所述反射層中的一者。在第一位置(本文稱為松弛位置)中，將可移動反射層定位在距固定的部分反射層相對較大距離處。在第二位置(本文稱為激活位置)中，將可移動反射層定位為較緊密緊鄰于部分反射層。視可移動反射層的位置而定，從所述兩個層反射的入射光相長地或相消地干涉，從而針對每一像素產生總體反射或非反射狀態。圖I中的像素陣列的所描繪部分包括兩個鄰近的干涉式調制器12a和12b。在左側的干涉式調制器12a中，說明可移動反射層14a在距光學堆疊16a(其包括部分反射層)預定距離處的松弛位置中。在右側的干涉式調制器12b中，說明可移動反射層14b在鄰近于光學堆疊16b的激活位置中。如本文所參考，光學堆疊16a和16b (統稱為光學堆疊16)通常包含若干個融合層，其可包括電極層(例如氧化銦錫(ITO))、部分反射層(例如鉻)和透明電介質。因此，光學堆疊16是導電、部分透明且部分反射的，且可(例如)通過將上述層中的一者或一者以上沉積到透明襯底20上而制造。部分反射層可由部分反射的多種材料(例如各種金屬、 半導體和電介質)形成。部分反射層可由一個或一個以上材料層形成，且所述層中的每一者可由單一材料或材料的組合形成。在一些實施例中，光學堆疊16的層被圖案化為平行條帶，且可如下文進一步描述而形成顯示器裝置中的行電極。可移動反射層14a、14b可形成為在柱18的頂部沉積的一個或多個所沉積金屬層(垂直于16a、16b的行電極)和在柱18之間沉積的插入犧牲材料的一系列平行條帶。當蝕刻掉犧牲材料時，可移動反射層14a、14b通過所界定的間隙19而與光學堆疊16a、16b分離。例如鋁等高度導電和反射材料可用于反射層14，且這些條帶可形成顯示器裝置中的列電極。如由圖I中的像素12a所說明，在未施加電壓的情況下，間隙19保持于可移動反射層14a與光學堆疊16a之間，其中可移動反射層14a處于機械松弛狀態。然而，當將電位差施加到選定的行和列時，在對應像素處的行電極和列電極的相交處形成的電容器變為充電，且靜電力將所述電極拉在一起。如果電壓足夠高，則將使可移動反射層14變形，且迫使其抵靠光學堆疊16。如由圖I中右側的像素12b所說明，光學堆疊16內的介電層(未在此圖中說明)可防止短路且控制在層14與層16之間的分離距離。不管所施加的電位差的極性如何，行為均相同。以此方式，可控制反射對非反射像素狀態的行/列激活類似于常規LCD和其它顯示器技術中所使用的許多方式。圖2到圖5B說明用于在顯示應用中使用干涉式調制器陣列的一個示范性過程和系統。圖2為說明可并入有本發明的若干方面的電子裝置的一個實施例的系統框圖。在所述示范性實施例中，所述電子裝置包括處理器21，其可為任何通用單芯片或多芯片微處理器(例如 ARM、Pemiuin"、Pentium Π'1、、Pentium III ^ Pentium IV\ PentiumR Pro>805UMIPS PowerPC' ALPHA )或任何特殊用途微處理器(例如數字信號處理器、微控制器或可編程門陣列)。如在此項技術中常見的，處理器21可經配置以執行一個或一個以上軟件模塊。除執行操作系統外，處理器還可經配置以執行一個或一個以上軟件應用程序，包括網絡瀏覽器、電話應用程序、電子郵件程序或任何其它軟件應用程序。在一個實施例中，處理器21還經配置以與陣列驅動器22通信。在一個實施例中，陣列驅動器22包括行驅動器電路24和列驅動器電路26，其將信號提供到顯示陣列或面板30。在圖I中所說明的陣列橫截面在圖2中由線1-1展示。對于MEMS干涉式調制器，行/列激活協議可利用在圖3中說明的這些裝置的滯后特性。可能需要(例如)10伏電位差以致使可移動層從松弛狀態變形為激活狀態。然而，當電壓從所述值減小時，可移動層隨著電壓下降回到低于10伏而維持其狀態。在圖3的示范性實施例中，可移動層不完全松弛直到電壓下降到低于2伏。因此存在施加電壓窗口(在圖3中所說明的實例中為約3到7V)，在所述施加電壓窗口內，裝置穩定于松弛或激活狀態。本文將其稱為“滯后窗口”或“穩定窗口”。對于具有圖3的滯后特征的顯示陣列，行/列激活協議可經設計以使得在行選通期間，選通行中的待激活的像素暴露于約10伏的電壓差，且待松弛的像素暴露于接近零伏的電壓差。在選通后，像素暴露于約5伏的穩定狀態電壓差，使得所述像素保持處于行選通將其置入的任何狀態下。在此實例中，在被寫入后，每一像素均經歷在3伏到7伏的“穩定窗口”內的電位差。此特征使得在圖I中所說明的像素設計在相同所施加電壓條件下穩定于預先存在的激活或松弛狀態中。因為干涉式調制器的每一像素(不管處于激活狀態還是放松狀態)大體上為由固定和移動反射層形成的電容器，所以可在滯后窗口內的電壓下保持此穩定狀態，而幾乎無功率消耗。如果所施加電位是固定的，則大體上沒有電流流入像素 中。在典型應用中，可通過根據第一行中的所要激活像素組來斷言列電極組而產生顯示幀。接著將行脈沖施加到行I電極，從而激活對應于所斷言的列線的像素。接著將所斷言的列電極組改變為對應于在第二行中的所要激活像素組。接著將脈沖施加到行2電極，從而根據所斷言的列電極激活行2中的適當像素。行I像素不受行2脈沖影響，且保持于其在行I脈沖期間被設置的狀態。可以循序方式對整個系列的行重復此過程，以產生幀。通常，通過以每秒某一所要數目的幀來不斷重復此過程，而用新的顯示數據刷新和/或更新幀。用于驅動像素陣列的行電極和列電極以產生顯示幀的廣泛多種方案也是眾所周知的，且可結合本發明而使用。圖4、圖5A和圖5B說明用于在圖2的3X3陣列上產生顯不巾貞的一種可能的激活協議。圖4說明可用于展現圖3的滯后曲線的像素的列電壓電平和行電壓電平的可能設置。在圖4的實施例中，激活像素涉及將適當列設置為-Vbias，且將適當行設置為+ Λ V(其可分別對應于-5伏和+5伏)。松弛所述像素是通過以下方式而實現將適當列設置為+Vbias,且將適當行設置為相同的+ AV，從而在所述像素上產生零伏的電位差。在行電壓保持于零伏的那些行中，不管列處于+Vbias或-Vbias，像素均穩定于其最初所處的任何狀態。還如圖4中所說明，將了解，可使用與上述電壓的極性相反的電壓，例如，激活像素可涉及將適當列設置為+Vbias和將適當行設置為-Λ V。在此實施例中，釋放像素是通過以下方式而實現將適當列設置為-Vbias且將適當行設置為相同-AV，從而在像素上產生零伏的電位差。圖5Β為展示施加到圖2的3X3陣列的一系列行信號和列信號的時序圖，其將產生圖5Α中所說明的顯示布置，在所述布置中所激活像素為非反射的。在寫入圖5Α中所說明的幀之前，像素可處于任何狀態中，且在所述實例中，所有行均處于O伏，且所有列均處于+5伏。在這些所施加的電壓下，所有像素均穩定于其現有的激活或松弛狀態中。在圖5Α的幀中，像素(1，1)、(1,2), (2,2), (3,2)和(3，3)被激活。為完成此目的，在行I的“線時間”期間，將列I和2設置為-5伏，且將列3設置為+5伏。因為所有像素均保持于3到7伏的穩定窗口中，所以此不會改變任何像素的狀態。接著用從O伏升到5伏且降回到零的脈沖來選通行I。此將激活(1，1)和(1，2)像素而松弛(1，3)像素。陣列中的其它像素不受影響。為了在需要時設置行2，將列2設置為-5伏，且將列I和3設置為+5伏。施加到行2的相同選通將激活像素(2，2)而松弛像素(2，I)和(2，3)。同樣，陣列的其它像素不受影響。類似地通過將列2和3設置為-5伏且將列I設置為+5伏來設置行3。行3選通設置行3像素(如圖5A中所示)。在寫入幀后，行電位為零，且列電位可保持于+5或-5伏，且顯示器穩定于圖5A的布置中。應了解，相同程序可用于具有數十個或數百個行和列的陣列。還應了解，用于執行行和列激活的電壓的時序、序列和電平可在上文所概括的一般原理內廣泛改變，且以上實例僅為示范性的，且任何激活電壓方法均可與本文所述的系統和方法一起使用。圖6A和圖6B為說明顯示器裝置40的實施例的系統框圖。所述顯示器裝置40可為(例如)蜂窩式電話或移動電話。然而，顯示器裝置40的相同元件或其微小改變還說明各種類型的顯示器裝置(例如電視機和便攜式媒體播放器)。
顯示器裝置40包括外殼41、顯示器30、天線43、揚聲器45、輸入裝置48和麥克風46。通常通過所屬領域的技術人員眾所周知的多種制造工藝(包括注射模制和真空成形)中的任一者而形成外殼41。此外,外殼41可由多種材料中的任一者制成,所述材料包括(但不限于)塑料、金屬、玻璃、橡膠和陶瓷或其組合。在一個實施例中，外殼41包括可移除部分(未圖示)，其可與其它具有不同色彩或含有不同標識、圖片或符號的可移除部分互換。示范性顯示器裝置40的顯示器30可為多種顯示器中的任一者，所述顯示器包括如本文所描述的雙穩態顯示器。在其它實施例中，顯示器30包括所屬領域的技術人員眾所周知的平板顯示器(例如上文描述的等離子體、EL、0LED、STN IXD或TFT IXD)或非平板顯示器(例如CRT或其它顯像管裝置)。然而，出于描述本實施例的目的，顯示器30包括如本文所描述的干涉式調制器顯示器。在圖6B中示意性地說明示范性顯示器裝置40的一個實施例的元件。所說明的示范性顯示器裝置40包括外殼41且可包括至少部分被封閉于其中的額外組件。舉例來說，在一個實施例中，示范性顯示器裝置40包括網絡接口 27，網絡接口 27包括天線43，所述天線43耦合到收發器47。收發器47連接到處理器21，處理器21連接到調節硬件52。調節硬件52可經配置以調節信號(例如，對信號進行過濾)。調節硬件52連接到揚聲器45和麥克風46。處理器21還連接到輸入裝置48和驅動器控制器29。驅動器控制器29耦合到幀緩沖器28且耦合到陣列驅動器22，所述陣列驅動器22又耦合到顯示陣列30。電源50將電力提供到如由特定示范性顯示器裝置40設計所需的所有組件。網絡接口 27包括天線43和收發器47，使得示范性顯示器裝置40可經由網絡與一個或一個以上裝置通信。在一個實施例中，網絡接口 27也可具有某些處理能力以減輕對處理器21的要求。天線43為所屬領域的技術人員已知的用于發射和接收信號的任何天線。在一個實施例中，天線根據IEEE 802. 11標準(包括IEEE 802. 11(a), (b)或(g))來發射和接收RF信號。在另一實施例中，天線根據藍牙(BLUETOOTH)標準來發射和接收RF信號。在蜂窩式電話的情況下，天線經設計以接收CDMA、GSM、AMPS或用于在無線手機網絡中通信的其它已知信號。收發器47預處理從天線43接收的信號，使得所述信號可由處理器21接收且進一步操縱。收發器47還處理從處理器21接收的信號，使得所述信號可經由天線43從示范性顯示器裝置40發射。在替代實施例中，收發器47可被接收器取代。在又一替代實施例中，網絡接口 27可被圖像源取代，所述圖像源可存儲或產生待發送到處理器21的圖像數據。舉例來說，圖像源可為含有圖像數據的數字視頻光盤(DVD)或硬盤驅動器，或產生圖像數據的軟件模塊。處理器21通常控制示范性顯示器裝置40的整體操作。處理器21接收數據(例如來自網絡接口 27或圖像源的經壓縮圖像數據)且將數據處理為原始圖像數據，或處理為易于處理為原始圖像數據的格式。處理器21接著將經處理的數據發送到驅動器控制器29，或發送到幀緩沖器28以供存儲。原始數據通常指識別圖像內每一位置處的圖像特征的信息。舉例來說，此些圖像特征可包括色彩、飽和度和灰度水平。 在一個實施例中，處理器21包括用以控制示范性顯示器裝置40的操作的微控制器、CPU或邏輯單元。調節硬件52通常包括用于將信號發射到揚聲器45以及從麥克風46接收信號的放大器和濾光片。調節硬件52可為在示范性顯示器裝置40內的離散組件，或可并入處理器21或其它組件中。驅動器控制器29直接從處理器21或從幀緩沖器28得到由處理器21產生的原始圖像數據，且將所述原始圖像數據適當地重新格式化以高速發射到陣列驅動器22。具體來說，驅動器控制器29將原始圖像數據重新格式化為具有光柵狀格式的數據流，使得原始圖像數據具有適于在顯示陣列30上進行掃描的時間次序。接著，驅動器控制器29將經格式化的信息發送到陣列驅動器22。盡管驅動器控制器29 (例如LCD控制器)通常作為獨立集成電路(IC)而與系統處理器21相關聯，但可以許多方式實施此些控制器。所述控制器可作為硬件嵌入處理器21中、作為軟件嵌入處理器21中或以硬件與陣列驅動器22完全整
八
口 ο通常，陣列驅動器22接收來自驅動器控制器29的經格式化的信息且將視頻數據重新格式化為一組平行波形，所述平行波形每秒多次地被施加到來自顯示器的χ-y像素矩陣的數百條(且有時數千條)引線。在一實施例中，驅動器控制器29、陣列驅動器22和顯示陣列30適合于本文所描述的多種類型顯示器中的任一者。舉例來說，在一個實施例中，驅動器控制器29為常規顯示器控制器或雙穩態顯示器控制器(例如，干涉式調制器控制器)。在另一實施例中，陣列驅動器22為常規驅動器或雙穩態顯示驅動器(例如，干涉式調制器顯示器)。在一個實施例中，驅動器控制器29與陣列驅動器22整合在一起。所述實施例在例如蜂窩式電話、手表和其它小面積顯示器的高度整合系統中是常見的。在又一實施例中，顯示陣列30為典型顯示陣列或雙穩態顯示陣列(例如，包括干涉式調制器的陣列的顯示器)。輸入裝置48允許用戶控制示范性顯示器裝置40的操作。在一個實施例中，輸入裝置48包括小鍵盤(例如QWERTY鍵盤或電話小鍵盤)、按鈕、開關、觸敏屏幕、壓敏或熱敏膜。在一個實施例中，麥克風46為用于不范性顯不器裝置40的輸入裝置。當麥克風46用于將數據輸入到裝置中時，可由用戶提供語音指令，以控制示范性顯示器裝置40的操作。電源50可包括在此項技術中眾所周知的多種能量存儲裝置。舉例來說，在一個實施例中，電源50可為例如鎳鎘電池組或鋰離子電池組等可再充電電池組。在另一實施例中，電源50為可再生能源、電容器或太陽能電池(包括塑料太陽能電池和太陽能電池涂料)。在另一實施例中，電源50經配置以從壁式插座接收電力。在一些實施例中，如上文所述,控制可編程能力(control programmability)駐留于驅動器控制器中，所述驅動器控制器可位于電子顯示系統中的若干位置中。在一些實施例中，控制可編程能力駐留于陣列驅動器22中。所屬領域的技術人員將認識到，可在任何數目的硬件和/或軟件組件中和在各種配置中實施上述優化。根據上文陳述的原理而操作的干涉式調制器的結構的細節可廣泛變化。舉例來說，圖7A到圖7E說明可移動反射層14和其支撐結構的五個不同實施例。圖7A為圖I的實施例的橫截面，其中金屬材料14的條帶沉積在垂直延伸支撐物18上。在圖7B中，可移動反射層14僅在拐角處(在系鏈32上)附接到支撐物。在圖7C中，可移動反射層14從可變形層34懸掛，所述可變形層34可包含柔性金屬。可變形層34在所述可變形層34的周邊周圍直接或間接地連接到襯底20。本文將這些連接稱為支撐柱。在圖7D中所說明的實施例具有支撐柱插塞42，可變形層34擱置于所述支撐柱插塞42上。如圖7A到圖7C中，可移動反射層14保持懸掛于間隙上方，但可變形層34未通過填充在可變形層34與光學堆疊16之間的孔來形成支撐柱。而是，支撐柱是由用于形成支撐柱插塞42的平坦化材料形成。圖7E中所說明的實施例是基于圖7D中所示的實施例,但還可適于與圖7A到圖7C中所說明的實施例中的任一實施例和未圖示的額外實施例一起運作。在圖7E中所示的實施例中，金屬或其它導電材料的額外層用于形成總線結構44。此允許信號沿干涉式調制器的背面路由，從而消除原本可能必須在襯底20上形成的許多電極。在例如圖7中所示的實施例的實施例中，干涉式調制器用作直接觀看裝置，其中從透明襯底20的前側(所述側與布置有調制器的側相對)觀看圖像。在這些實施例中，反射層14光學屏蔽干涉式調制器在反射層的與襯底20相對的側上的部分(包括可變形層34)。此允許配置和操作屏蔽區域，而不會不良地影響圖像質量。所述屏蔽允許圖7E中的總線結構44提供使調制器的光學特性與調制器的機電特性分離的能力，例如尋址與由所述尋址引起的運動。此可分離的調制器架構允許用于調制器的機電方面和光學方面的結構設計和材料彼此獨立地被選擇和運作。此外，在圖7C到圖7E中展示的實施例具有從由可變形層34進行的反射層14的光學特性與其機械特性的去耦得到的額外益處。此允許用于反射層14的結構設計和材料相對于光學特性得以優化，且用于可變形層34的結構設計和材料相對于所要機械特性得以優化。不管彩色顯示器為自發光類型或非自發光類型，所有彩色顯示器的共同問題為從有限組的原色合成全色圖像。色彩合成的若干方法傳統上用于電子顯示器。這些方法中的最成功方法符合加色混合的原理，且包括光學疊加、空間色彩合成和時間色彩合成。三原色圖像的直接光學疊加為投影顯示器系統中的有效且常用的方法，但不容易順從于大多數直接觀看彩色顯示技術。空間色彩合成到目前為止已是最成功的色彩合成方法，且仍然為在例如陰極射線管(CRT)和液晶顯示器(LCD)等裝置中的現代彩色顯示技術的基礎。空間色彩合成以緊密的接近度混合三個或三個以上原色(通常為紅色(R)、綠色(G)和藍色(B))的子像素以產生全光譜。然而，空間色彩合成具有降低圖像質量和顯示效率的兩個顯著限制。
首先，犧牲了潛在顯示分辨率，因為使用色彩合成的可用空間區域減少顯示器的空間成像潛力。空間色彩合成需要較高的子像素密度，因為原色元素必須涵蓋于人類視覺系統(HVS)的空間整合區內。如果元素(例如，子像素)過大，則完整色彩合成將失效，且色彩邊緣在圖像中將為明顯的。因而，使用色彩合成的可用空間區域減少顯示器的空間成像潛力。一般來說，使用RGB空間鑲嵌來合成全色域導致犧牲顯示器約2/3的分辨率潛力來進行色彩合成。分配給藍色子像素的顯示區域尤其是浪費的，因為藍色子像素很少有助于亮度，且僅由HVS在極低空間分辨率下處理短波長。其 次，尤其是歸因于藍色子像元，原色子像素的鑲嵌產生固定圖案噪聲。在一些鑲嵌中高度固定圖案噪聲的主要來源為低亮度藍色子像素(或在常用條帶鑲嵌的情況下為藍色條帶)，其通常僅占所顯示白場亮度的約8%，且因此在相對明亮的環境中看起來為暗區域。如果綠色、紅色和藍色子像素區域在可見光譜中具有相同輻射率，則綠色區域在三個區域中將看起來最明亮，因為HVS發光效率函數在光譜的綠色區域中達到峰值。類似地，歸因于HVS發光效率，紅色區域將看起來較不明亮，且藍色區域將展現亮度的更進一步的減少。如果從R、G和B的加權值計算亮度，則G的加權系數將較大(例如，在約O. 55與O. 8之間)，R的加權系數將介于中間(例如，在約O. 15與O. 35之間)，且B的加權系數將較小(例如，在約O. 05與O. 15之間)。時間色彩(或“幀順序”或“場順序”)合成避免空間色彩合成所固有的空間分辨率的損失，且不產生固定圖案噪聲。與空間色彩合成不同的是，時間色彩合成不依賴于在空間上分離的原色子像素的整合。而是，使原色像素在時間上循序地成像于同一視網膜位置處且在時間上經整合以合成全色光譜(假定不具有由于眼睛和/或頭移動而引起的位置移動)。可以各種方式實現此時間色彩方法，包括循序地啟動R、G和B發射源或使寬帶光穿過可選擇性地啟動的三原色濾光片(例如，R、G和B或黃色(Y)、青色(C)和紅紫色(M))。因為原色分量全部成像到同一空間位置且不存在空間鑲嵌，所以時間色彩合成有利地避免空間分辨率的損失。另外，由于不存在鑲嵌，所以時間色彩合成有利地不產生固定圖案噪聲。然而，時間色彩合成的兩個重要限制約束采用時間色彩合成的顯示器的功效。首先，盡管時間色彩合成產生有效加色混合，但隨時間變化的分量之間的亮度差可產生可觀看的亮度閃爍。因為個別原色場僅存在總顯示觀看周期的三分之一，所以時間色彩合成顯示器需要較高的系統帶寬以在足夠高以使可觀看閃爍最小化的刷新速率下產生全色圖像。甚至在較高的系統帶寬和與單色或空間色彩合成顯示器等效的全色幀刷新速率(即，三倍于空間色彩合成顯示器的刷新速率的色場速率)的情況下，時間色彩合成顯示器仍歸因于在連續的彩色像場之間所存在的殘余亮度調制而容易發生圖像閃爍。其次，由所顯示的圖像與觀看者的視網膜之間的相對運動產生更加復雜的限制，不管所述運動是源自圖像還是源自觀看者的頭和/或眼睛運動。在任一情況下，隨時間變化的色彩分量不再成像于同一視網膜區域上，且觀看者體驗到被稱作“色彩分裂”或“虹彩效應”的事物。在存在較大的、高速急動的眼睛運動的情況下，避免RGB時間色彩合成顯示器的色彩分裂通常需要遠超過避免閃爍所需的刷新頻率的刷新頻率，此通常需要在每秒360到480個場的范圍中的色場速率，且在顯示器亮度和對比度較高時，可容易超過每秒1，000個場。這些較高的場速率對時間色彩合成顯示器以及其驅動電子裝置強加嚴格的帶寬限制，且使原色圖像場的時間隔離變得非常困難。圖像質量已成為顯示技術演變背后的驅動力。在所有主要市場環節中，朝著較高顯示器分辨率和增強型色彩質量的勢頭是不可避免的。而此已暴露出空間色彩合成與時間色彩合成的局限，且提出關于合成色彩的任一方法是否可單獨地完全滿足對顯示圖像質量日益增加的需求的問題。色彩合成的新方法可支撐顯示技術的演變。在認識到在電子顯示器中合成色彩的傳統方法的局限后，已在最近提議新的混合空間-時間方法，其在空間場與時間場上分布色彩合成功能。此方法的一個實施例已被提議用于透射性LCD。混合空間-時間色彩合成在空間場與時間場兩者上分布色彩合成功能。普通方法將原色子像素的數目從三個減少到二個，且通過時間合成而產生三原色。通常使用在時間上交替的具有不同光譜功率分布的兩個發光體，且經由兩個子像素來發光，每一子像素具有不同的對應色彩選擇濾光片。舉例來說，黃色和藍色發光體可與具有紅紫色和青色濾光片的鑲嵌的LCD面板組合。當黃色發光體在一個時間場期間接通時，以所啟動的青色子像素的顯示器輸出將為綠色的，因為青色濾光片透射黃色光譜光分布的綠色區段，且以所啟動的紅紫色子像素的顯示器輸出將為紅色的，因為紅紫色濾光片透射黃色光譜光分布的紅色區段。當藍色發光體在鄰近的時間場期間接通時，以所啟動的青色和紅紫色子像素的顯示器輸出將為藍色的，因為青色與紅紫色濾光片均透射藍色發光體的同一短波長光譜區域。 在使用相同數目的水平子像素且將列驅動器用作利用RGB垂直條帶像素鑲嵌和空間色彩合成的全色顯示器時，混合空間-時間色彩合成可沿水平和垂直維度提供高達三倍的有效空間分辨率增加，連同消失的低程度的固定圖案噪聲。或者，可使用具有減少的像素密度和列驅動器的混合空間-時間色彩合成以提供相當程度的有效分辨率。此方法可保持減少程度的固定圖案噪聲，且可提供改進的顯示效率(經由增加的像素孔徑比)，同時潛在地降低成本。然而，對于LCD使用混合空間-時間色彩合成的主要缺點為在每一場中每一發光體對所有子像素的同時照明。為了在IXD中產生一些色彩，必須在一個時間場與第二鄰近時間場之間寫入消隱場。舉例來說，通常通過組合綠色與藍色來實現從紅色、綠色和藍色產生青色。為了在以上實例LCD中產生綠色和藍色，將接通黃色發光體，借此在所啟動的青色子像素中產生綠色，接著將寫入消隱場以確保無殘余綠色保留于子像素中。接著將接通藍色發光體，借此在所啟動的青色子像素中產生藍色。綠色與藍色在同一像素內的時間組合在觀看者的眼中產生青色。在產生下一色彩之前將寫入第二消隱場以確保無殘余藍色保留于子像素中。這些消隱場消耗時間，且因此減少LCD的通過量。具有消隱場的LCD需要增加的頻率以在同一周期中產生連續色彩，從而再次強加嚴格的帶寬要求和/或閃爍。此外，通常增加在非消隱場期間提供到LCD光源的功率以補償在消隱場期間所發射的光的缺乏，從而不利地增加LCD的功率消耗。干涉式調制器技術造成產生全色顯示器(即，三個或三個以上原色呈現彩色圖像的顯示器)的獨特挑戰。這些挑戰源自以下操作特性裝置是對每一子像元處的反射光譜具有約束的反射性空間光調制器；空間結構和子像素陣列的密度受限于設計規則和基于時序的尋址限制；像素操作的雙穩態和二元性質通常經由空間和/或時間色彩合成來利用灰度級的合成；以及歸因于基本操作約束和對灰階與色彩兩者的高度合成的需要，高像素密度干涉式調制器裝置將很可能限于相對低的時間幀速率。伴隨著用于全色顯示器的干涉式調制器技術造成的獨特挑戰的是由裝置的獨特操作模式提供的大好機會。具體來說，在子像素級在兩個或兩個以上光譜反射率函數之間切換的能力在用于全色干涉式調制器顯示器的色彩合成的方法中提供顯著的靈活性。本文中所述的干涉式調制器的實施例在一個或一個以上反射狀態和非反射(例如，黑色)狀態中操作。在某些實施例中，當調制器12處于反射狀態時，每一反射狀態產生由反射層14與光學堆疊16之間的距離確定的白光或彩色光。在其它實施例中，例如，在第5，986, 796號美國專利中所揭不的實施例中，反射層14可定位在相對于光學堆疊16的一位置范圍處以改變腔19的大小，且因此改變反射光的色彩。干涉式調制器12包括形成于反射層14與光學堆疊16之間的光學腔19。光學腔19的有效光徑長度L確定光學腔19的諧振波長λ，且因此確定干涉式調制器12的諧振波長。在某些實施例中，有效光徑長度L大體上等于反射層14與光學堆疊16之間的距離。在某些實施例中，可通過具有小于纟j 100 \ (IOnm)的有效光徑長度L而產生白光。干涉式調制器12的諧振波長λ通常對應于由干涉式調制器12反射的光的所感知色彩，其在某些實施例中由等式I描述，其中N為整數。/- = 士. Λ,'./ (等式 I)因此，選定諧振波長λ由具有O. 5 λ (N = I)、λ (N = 2)、I. 5 λ (N = 3)等的有效光徑長度L的干涉式調制器12反射。整數N可稱作反射光的干擾的“階數”。如本文中所使用，干涉式調制器的階數也指在反射層14位于至少一個位置處時由干涉式調制器反射的光的階數N。舉例來說，一階(N= I)紅色干涉式調制器可具有對應于約650nm的波長λ的約325nm的有效光徑長度L。因此，二階(N = 2)紅色干涉式調制器可具有約650nm的有效光徑長度L。在表I中展示用于干涉式調制器顯示器中的一些共同色彩的波長范圍的實例的列表。表I
權利要求
1.一種產生圖像的方法，所述方法包含 在第一時間場中產生像素的第一子像素中的第一色彩；以及 在第二時間場中產生不同于所述第一色彩的第二色彩，而不需要所述第一時間場和所述第二時間場之間的寫入消隱場。
2.根據權利要求I所述的方法，其中所述第一時間場具有比所述第二時間場更長的期間。
3.根據權利要求I所述的方法，其中產生所述第一色彩包括從寬帶光源反射光，以及產生所述第二色彩包括從寬帶光源反射光。
4.根據權利要求I所述的方法，其中產生所述第一色彩包括從窄帶光源反射光，以及產生所述第二色彩包括從窄帶光源反射光。
5.根據權利要求4所述的方法，其中所述窄帶光源包括LED投影照明器。
6.根據權利要求I所述的方法，進一步包括產生與所述第一時間場中的所述像素的第二子像素中的第一色彩不同的第三色彩。
7.根據權利要求6所述的方法，進一步包括在所述第二時間場中產生所述第二子像素中的所述第三色彩。
8.根據權利要求6所述的方法，進一步包括在所述第二時間場中產生所述第二子像素中的所述第二色彩。
9.根據權利要求1-8中任一項所述的方法，其中產生所述第一子像素中的第一色彩包括將第一光調制器切換為第一狀態、第二狀態和第三狀態中之一，每個狀態具有不同的光譜反射率，其中產生所述第二子像素中的第三色彩包括將第二光調制器切換為第一狀態、第二狀態和第三狀態中之一。
10.根據權利要求9所述的方法，其中產生所述第一子像素中的第一色彩包括將第一光調制器切換為第一狀態以及通過具有第一光譜透射率的第一過濾元件過濾由所述第一光調制器調制的光，其中產生所述第二子像素中的第三色彩包括將第二光調制器切換為第一狀態以及通過具有第二光譜透射率的不同于第一過濾元件的第二過濾元件過濾由所述第二光調制器調制的光。
11.根據權利要求9所述的方法，其中產生所述第一子像素中的第二色彩包括將第一光調制器切換為第一狀態、第二狀態和第三狀態中之另一狀態。
12.根據權利要求9所述的方法，其中所述第一光調制器具有比所述第二光調制器更小的面積。
13.根據權利要求12所述的方法，其中所述第一光調制器的所述面積比所述第二光調制器的所述面積小50%到75%之間。
14.根據權利要求1-8中任一項所述的方法，其中產生所述第一子像素中的第一色彩包括將第一光調制器切換為具有第一光譜反射率的第一狀態，其中產生所述第一子像素中的第二色彩包括將第二光調制器切換為具有與第一狀態不同的光譜反射率的第二狀態。
15.根據權利要求14所述的方法，其中所述第一光調制器可切換為具有不同于所述第一和第二光譜反射率的第三光譜反射率的第三狀態，其中第三狀態大體上為黑色。
16.—種產生圖像的方法，所述方法包含 在第一時間場期間產生像素的第一子像素中的第一色彩；以及在緊隨所述第一時間場之后的第二時間場期間產生不同于所述第一子像素中的所述第一色彩的第二色彩。
17.根據權利要求16所述的方法，進一步包括 在所述第一時間場期間的所述像素的第二子像素中產生與第一色彩不同的第三色彩；以及 在所述第二時間場期間產生所述第二子像素中的所述第三色彩。
18.根據權利要求16所述的方法，進一步包括 在所述第一時間場期間的所述像素的第二子像素中產生與第一色彩不同的第三色彩；以及 在所述第二時間場期間產生所述第二子像素中的所述第二色彩。
19.根據權利要求16-18中的任一項所述的方法，其中產生所述第一子像素中的第一色彩包括將第一光調制器切換為第一狀態、第二狀態和第三狀態中之一，每個狀態具有不同的光譜反射率，其中產生所述第一子像素中的第二色彩包括將第二光調制器切換為第一狀態、第二狀態和第三狀態中之另一狀態。
20.一種產生圖像的方法，所述方法包含 在第一時間場和第二時間場組成的期間產生像素的第一子像素中的第一色彩； 在所述第一時間場中的所述第二子像素中產生不同于所述第一色彩的第二色彩；以及 在所述第二時間場中的所述第二子像素中產生不同于所述第一和第二色彩的第三色彩。
21.根據權利要求20所述的方法，其中所述第一時間場具有比所述第二時間場更長的期間。
22.根據權利要求20所述的方法，其中產生所述第二顏色在產生所述第三顏色之前發生。
23.根據權利要求20-22中任一項所述的方法，其中產生所述第一子像素中的第一色彩包括將第一光調制器切換為第一狀態、第二狀態和第三狀態中之一，每個狀態具有不同的光譜反射率，其中產生所述第二子像素中的第二色彩包括將第二光調制器切換為第一狀態、第二狀態和第三狀態中之一，其中產生所述第二子像素中的第三色彩包括將第二光調制器切換為第一狀態、第二狀態和第三狀態中之另一狀態。
24.—種裝置，包含 驅動器控制器，構成為連接到包括至少一個像素的顯示器裝置，所述一個像素具有多個子像素，每個子像素通過產生顏色響應于信號，所述驅動器控制器構成為產生 第一信號和第二信號，其中所述至少一個像素的第一子像素通過在第一時間場期間產生第一色彩響應于所述第一信號，并通過在不同于第一時間場的第二時間場期間產生不同于第一色彩的第二色彩響應于所述第二信號，而不需要所述第一時間場和所述第二時間場之間的寫入消隱場。
25.根據權利要求24所述的裝置，其中所述驅動器控制器包括集成電路。
26.根據權利要求24所述的裝置，其中所述驅動器控制器包括干涉光調制器。
27.根據權利要求24所述的裝置，其中所述第一時間場具有比所述第二時間場更長的期間。
28.根據權利要求24所述的裝置，其中所述驅動器控制器與作為硬件或軟件的處理器集成。
29.根據權利要求24所述的裝置，其中所述驅動器控制器與作為硬件的陣列驅動器集成。
30.根據權利要求24所述的裝置，進一步包括所述顯示器裝置，其中所述第一子像素包括干涉調制器，所述干涉調制器具有第一狀態、第二狀態和第三狀態，其中所述第一和第二信號被構成為在所述第一狀態、第二狀態和第三狀態之間切換所述干涉調制器。
31.根據權利要求24-30中的任一項所述的裝置，其中所述驅動器控制器被構成為產生第三信號，所述至少一個像素的第二子像素通過在所述第一時間場和所述第二時間場期間產生第三色彩響應所述第三信號，所述第三色彩不同于所述第一和第二色彩。
32.根據權利要求31所述的裝置，進一步包括所述顯示器裝置，其中所述第一子像素包括第一干涉調制器，所述第一干涉調制器包括第一狀態、第二狀態和第三狀態，每個狀態具有不同的光譜反射率，其中所述第二子像素包括第二干涉調制器，所述第二干涉調制器包括第一狀態、第二狀態和第三狀態。
33.根據權利要求32所述的裝置，其中所述第一和第二信號被構成為在第一狀態、第二狀態和第三狀態之間切換所述第一干涉調制器，其中所述第三信號被構成為在第一狀態、第二狀態和第三狀態之間切換所述第二干涉調制器。
34.根據權利要求32所述的裝置，進一步包括 對應于所述第一光調制器的第一過濾元件；以及 對應于所述第二光調制器的第二過濾元件，所述第一過濾元件具有不同于所述第二過濾元件的光譜透射率。
35.一種裝置，包含 驅動器控制器，構成為連接到包括至少一個像素的顯示器裝置，所述像素具有至少第一和第二子像素，每個子像素通過產生顏色響應于信號，所述驅動器控制器構成為產生多個信號，其中所述第一子像素通過在第一時間場和第二時間場組成的期間產生第一色彩響應于所述多個信號，第二子像素通過在第一時間場期間產生不同于第一色彩的第二色彩以及通過在第二時間場期間產生不同于第一和第二色彩的第三色彩響應于所述多個信號。
36.根據權利要求35所述的裝置，進一步包括所述顯示器裝置，其中所述第一子像素包括第一干涉調制器，所述第一干涉調制器具有第一狀態、第二狀態和第三狀態， 每個狀態具有不同的光譜反射率，其中所述第二子像素包括第二干涉調制器，所述第二干涉調制器包括第一狀態、第二狀態和第三狀態。
37.根據權利要求36所述的裝置，其中所述多個信號被構成為在第一狀態、第二狀態和第三狀態之間切換所述第一干涉調制器，并且在第一狀態、第二狀態和第三狀態之間切換所述第二干涉調制器。
38.根據權利要求36或37所述的裝置，其進一步包含 對應于所述第一光調制器的第一過濾元件；以及 對應于所述第二光調制器的第二過濾元件，所述第一過濾元件具有不同于所述第二過濾元件的光譜透射率。
39.根據權利要求35-37中任一項所述的裝置，其中所述第一子像素具有比所述第二子像素更小的面積。
40.根據權利要求35-37中任一項所述的裝置，其中所述第一時間場具有比所述第二時間場更長的期間。
全文摘要
本發明提供一種顯示器裝置(90)，其包括多個光學調制器(91)和位于所述多個光學調制器的反射側上的多個濾光片元件(95)。所述多個光學調制器(91)包括第一組光學調制器(92)和第二組光學調制器(94)。所述多個光學調制器(91)中的每一光學調制器經配置以在至少第一狀態、第二狀態和第三狀態之間選擇性地進行切換。每一狀態具有不同的光譜反射率。所述多個濾光片元件(95)包括對應于所述第一組光學調制器(92)的第一組濾光片元件(96)和對應于所述第二組光學調制器(94)的第二組濾光片元件(98)。所述第一組濾光片元件(96)具有與所述第二組濾光片元件(98)不同的光譜透射率。
文檔編號G02B5/20GK102662233SQ20121015098
公開日2012年9月12日 申請日期2008年1月14日 優先權日2007年1月29日
發明者徐剛, 珍妮弗·李·吉勒, 艾倫·G·劉易斯, 路易斯·D·西爾弗斯坦 申請人:高通Mems科技公司